Vodik, gorivo prihodnosti?

Javni holding Ljubljana, katerega del je Ljubljanski potniški promet, je februarja letos zaključil razpis za nakup osmih avtobusov na vodikove gorivne celice. Pred tem so objavili še razpis za dobavo polnilnice za vozila na vodik, ki bo na parkirišču P + R v Stanežičah. Na Mestni občini Ljubljana želijo z uvedbo avtobusov na vodikove gorivne celice posodobiti vozni park z bolj ekološkimi in brezemisijskimi avtobusi. Avtobus na vodik je LPP testiral že leta 2022, redno obratovanje vodikovih avtobusov pa bo sicer precejšnja novost.  V času energetskega prehoda se navdušenje nad vodikom kot zelenim gorivom prihodnosti stopnjuje. Tokrat komentiramo, zakaj najlažji in najpogostejši element v vesolju ni univerzalno brezogljično gorivo za vse sektorje.

 

Velja splošno prepričanje, da so električna vozila z vodikovimi gorivnimi celicami bolj ekološka, saj vodik pri spajanju s kisikom proizvede le električni tok in vodno paro in tako ne proizvaja toplogrednih plinov, kot sta ogljikov dioksid ali metan. Ob tem pa se prikrivajo predvsem emisije, ki nastanejo pri proizvodnji vodika. Na trgu se poimenovanje načinov za pridobivanje vodika spreminja. Trenutno se najpogosteje opisuje z različnimi barvami, tako imenovani sivi, modri in zeleni vodik. Sivi vodik je pridobljen iz fosilnih goriv s parnim reformiranjem metana ali uplinjanjem premoga. Pri tej kemijski reakciji poleg vodika nastaja tudi ogljikov dioksid. Pri modrem vodiku gre ponovno za parno reformiranje, a naj bi s tehnologijo zajema ogljikovega dioksida preprečili emisije. Zeleni vodik pa je proizveden z razcepom vode iz popolnoma obnovljivih virov električne energije, torej brez emisij med samim pridobivanjem. Slednji se sliši kot idealno gorivo zelene prihodnosti, ki ne zahteva opuščanja udobja osebnih avtomobilov ali letal.

 

Vodik se kot gorivo uporablja v čistem, plinastem stanju. Kot element je vezan v številnih spojinah, zato so za pridobitev plinastega vodika potrebni kemijski postopki. Brezemisijski zeleni vodik pridobivamo z elektrolizo vode. Pri tem postopku porabimo veliko električne energije, zato je drag. Elektroliza vode za pridobitev 1 kg vodika porabi približno 50 kilovatnih ur elektrike, kar je toliko, kot povprečno slovensko gospodinjstvo porabi v dobrih štirih dneh. Vodik pri spajanju s kisikom v gorivnih celicah ustvari električno energijo, ki napaja vozilo, stranski produkt pa je le voda. Sliši se kot brezogljična utopija. Spregledan vidik pa ostaja energijski vložek za pridobitev vodika in izkoristek gorivnih celic v vozilih.

 

Vodik je lahko vnetljiv plin, zato je ravnanje z njim zahtevno. Energijska vrednost na prostornino je nizka v primerjavi z nafto ali metanom, zato ga moramo shranjevati pri visokem tlaku ali nizki temperaturi. Molekule vodika zaradi svoje majhnosti pogosto uhajajo, zato so za hrambo potrebni posebni rezervoarji. Nadalje je izkoristek pridobivanja elektrike iz vodika v primeru vozil le 33-odstoten, kar močno zaostaja za 77-odstotnim izkoristkom v primeru baterijskih električnih vozil. Do energijskih izgub prihaja tako pri elektrolizi vode kot tudi pri transportu in hranjenju vodika, relativno slab izkoristek gorivnih celic pa povzroči največ izgub. 

 

Naftna industrija spodbuja investicije v vodik za preobrazbo v zelena energetska podjetja. Z uporabo že obstoječe infrastrukture in rezerv fosilnih goriv bi proizvajali modri vodik, z uporabo tehnologije zajema ogljika zmanjšali svoje emisije, hkrati pa spodbujali prehod na vozila z vodikovimi gorivnimi celicami. Oklepajo se trenutnih rezerv fosilnih goriv, predvsem zemeljskega plina, kljub svojim prizadevanjem za ogljično nevtralnost. Investicij v fosilna goriva ne ustavljajo. Za ogljično nevtralnost stavijo na novo tehnologijo, ki naj bi omogočila zajem toplogrednih plinov. Magično. 

 

Trenutno edini komercialno delujoči proizvodnji obrat modrega vodika je Quest v Kanadi, s katerim upravlja naftno-plinska multinacionalka Shell. Analize zajema emisij tekom proizvodnje vodika kažejo na resne pomanjkljivosti. Le 48 odstotkov vsega proizvedenega ogljikovega dioksida dejansko zajamejo, kar močno zaostaja za obljubami o 90-odstotnem zajemu. Investicije se sistematično vrstijo tudi na ravni celotne Evropske unije. Evropska komisija je leta 2022 ustanovila tako imenovano Evropsko vodikovo banko za sofinanciranje privatnih investicij v zeleno vodikovo infrastrukturo. Trenutna razpoložljiva sredstva znašajo 800 milijonov evrov, v zadnjih desetih letih pa je EU že investirala milijardo evrov v različne projekte na področju vodikovih tehnologij. Omeniti pa moramo tudi nekatera avtomobilska podjetja, ki že stavijo na uporabo vodikovih gorivnih celic pred litij-ionskimi baterijami za svoja vozila, denimo Toyota in BMW. 

 

Naftni in avtomobilski lobiji obljubljajo učinkovito proizvodnjo nizkoogljičnega vodika. Lobiranje je zgolj poskus tako avtomobilske industrije kot industrije fosilnih goriv za izboljševanje javne podobe. Naftni lobi je močan predvsem v ZDA. Fosilni gigant British Petroleum je v svojem letnem poročilu o trajnostnem delovanju za leto 2023 zapisal, da se bodo še naprej zavzemali za podporo ameriškim ukrepom za zniževanje inflacije. Zakon US Inflation reduction act predvideva precejšnje davčne olajšave za podjetja, ki proizvajajo modri ali zeleni vodik. Podjetje bo investiralo tudi več kot dve milijardi evrov za deogljifikacijo naftne rafinerije Castellon v Španiji. V sklopu investicije bodo postavili obrat za elektrolizo vode, pridobljen vodik pa se bo uporabljal v predelavi nafte. Niso pa pojasnili, ali bo elektrika, potrebna za elektrolizo, pridobljena iz obnovljivih virov. Torej naftnih rafinerij še nekaj časa ne želijo zapreti. Izpusti British Petroleuma se medtem ne zmanjšujejo oziroma so se med letoma 2022 in 2023 povečali za osem milijonov ton ekvivalentov ogljikovega dioksida. Na drugi strani Atlantika naftni lobi poziva Evropsko unijo k ohlapnejši definiciji zelenega vodika. Kot zeleni vodik bi se lahko kvalificiral tudi vodik, pridobljen na način, ki povzroča emisije toplogrednih plinov.

 

Cilj o hitrem prehodu na zeleni vodik je preoptimističen, saj je 96 odstotkov pridobljenega vodika tako imenovan sivi vodik. Parno reformiranje metana oziroma zemeljskega plina ali uplinjanje premoga sproščata velike količine ogljikovega dioksida. Študija iz leta 2019 navaja, da parno reformiranje povzroči izpust devetih kilogramov ogljikovega dioksida na kilogram proizvedenega vodika. Tudi proizvodnja modrega vodika zaradi uporabe fosilnega metana prispeva k neto toku fosilnega ogljika v ozračje v obliki toplogrednih plinov. Kljub zajemu emisij ogljikovega dioksida so v študiji iz leta 2021 izračunali, da celoten proces proizvodnje modrega vodika zniža emisije le za devet do dvanajst odstotkov glede na sivi vodik. Vodik pa je tudi sam toplogredni plin. Raziskovalci in raziskovalke Univerze v Cambridgeu so v poročilu vpliva vodika na atmosfero za britansko vlado leta 2022 zapisali, da večina študij v literaturi podcenjuje emisije zaradi uhajanja metana iz plinovodov in tudi samega vodika, ki je zaradi majhnosti molekul še posebno nagnjen k uhajanju. Vodik zaradi kemijske reaktivnosti vpliva na stratosferski ozon in vodno paro, podaljša pa tudi življenjski čas metana v atmosferi. Po ocenah bo največ vodika v ozračje ušlo med ladijskim transportom utekočinjenega vodika.

 

Na tem mestu je vprašanje tudi o smiselnosti proizvodnje vodika z obnovljivimi viri elektrike, če nato iz vodika spet pridobimo električno energijo. Trajnostno pridobljena elektrika se neučinkovito porabi za elektrolizo, shranjevanje vodika potrebuje dodaten energijski vložek, nato pa v gorivni celici spet pridobimo elektriko. Zaradi mnogih vmesnih korakov se velik del energije izgubi. Vodik je torej v vlogi slabega posrednika. Trenutne kapacitete proizvodnje res zelenega vodika, torej z elektrolizo vode, pri čemer se uporablja elektrika iz obnovljivih virov, so predrage za široko uporabo, potrebe pa se pokrivajo s fosilnim vodikom. Argument za široko uporabo zelenega vodika je smiseln le v primeru industrij, v katerih direktna elektrifikacija ni možna. To so letalstvo in transport na dolge razdalje, kemijska in kovinska industrija. 

Z nepremišljenimi investicijami v vodik tvegamo podaljševanje odvisnosti od fosilnih goriv, saj bodo kapacitete za proizvodnjo zelenega vodika glede na trenutni nizek delež obnovljive elektrike težko dohajale povpraševanje. Torej kako zelen je lahko vodik, če ga promovirata naftna in avtomobilska industrija? Spomnimo, da proizvodnja vodika trenutno prispeva k črpanju fosilnih goriv in dodatnim emisijam ter ohranja obstoječo naftno infrastrukturo. Tehnologija zajema ogljikovega dioksida zaostaja za obljubami, naftna industrija pa kljub temu vodik razglaša za zeleno gorivo prihodnosti in s tem ohranja udobno ekonomsko pozicijo.

 

Komentiral je Luka.

 

Naslovna slika: Avtobus na vodikove gorivne celice